[发明专利]一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法

权利要求书

1.一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，建立燃气轮机配套的燃料系统模型，包括液压驱动的流量阀、快关阀、减压阀和管道组成的主燃料通道、值班燃料通道和二次燃料通道模型；

步骤二，建立包括燃气轮机数学模型的数值仿真程序；

步骤三，设计控制器，使得燃气轮机的输出能快速、稳定地达到期望信号，所涉及的控制器包括PID和ADRC；

步骤四，将步骤三中的PID和ADRC控制器进行组合，再引入无扰动切换方法来抑制由原始PID控制器切换到ADRC控制器的扰动。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法，其特征在于：所述步骤一中燃料系统中的主燃料通道、值班燃料通道和二次燃料通道分别对应通道A、B和C，另外由液压驱动的压力控制阀主要用于母管压力控制。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法，其特征在于：所述步骤二中燃气轮机数学模型可表示为：

其中f为系统状态的非线性函数；为系统输出的非线性函数；y为被控对象的输出量；u为控制器输出的控制量。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法，其特征在于：所述步骤三中的控制器为ADRC和PID，

第一，针对非线性燃气轮机模型设计ADRC二阶控制器，考虑到ADRC是无模型控制器，通用二阶被控模型可表示为：

其中a₁，a₂为被控模型未知量，g，w分别表示被控模型自身未知扰动和外部扰动，y表示输出，u表示输入，

引入广义扰动得：

可得控制律u：

其中为总扰动的估计值，

令状态变量矩阵扩张为：

令状态空间方程可表示为：

其中C＝(1 0 0)，

通过状态观测器可观测总扰动f，线性状态观测器可表示为：

其中L＝[l₁ l₂ l₃]^T，分别为各阶状态反馈增益，

再通过极点配置方式可得：l₁＝3ω₀，l₂＝3ω₀³，l₃＝ω₀³；

第二，针对非线性燃气轮机模型设计PID控制器，同样PID控制器也是无模型控制器，可表示为：

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的抗扰动控制器设计方法，其特征在于：所述步骤三中控制量u的微分项表示为s(x)为控制器切换选择函数，表示当前处于激活状态为第i个控制器；则在第k个运行周期的控制器输出量u_k可表示为：

由上式可知，当前控制量u_k是在上一时刻的控制量u_k-1的基础上增加了当前闭环回路控制器的控制增量因此不同控制器切换时不会导致控制量u突变，即实现了不同控制器切换瞬间的平滑过渡。